CN101502960A

CN101502960A - 基于corba接口的模块化机器人

Info

Publication number: CN101502960A
Application number: CNA2009100474736A
Authority: CN
Inventors: 曹其新; 朱笑笑; 杨扬
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2009-08-12

Abstract

本发明涉及一种机器人技术领域的基于CORBA接口的模块化机器人，包括：移动模块、机械手臂模块、视觉传感器模块、电源模块、控制模块、无线网络模块，所述移动模块上设有一个支架，电源模块、机械手臂模块及视觉传感器模块通过移动模块上的支架与移动模块相互连接，移动模块、机械手臂模块及视觉传感器模块通过各自的接口和一台工控机连接，该工控机设置在支架上，控制模块在一台PC机上运行，通过无线网络模块与工控机通讯。本发明使得机器人模块有了统一的软接口，屏蔽了硬件接口不同带来的控制程序编制的复杂性，使得机器人的集成更加方便。同时带有CORBA接口的机器人模块，可以方便的实现基于网络的集成与控制。

Description

基于CORBA接口的模块化机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人技术领域的模块化机器人，尤其是一种基于CORBA接口的模块化机器人。

背景技术

随着科技的不断进步，制造业的不断发展，机器人越来越普及，机器人被广泛的应用到了各个领域。机器人的功能也开始越来越强大，机器人的设计制造随之变得更加复杂。为了解决机器人设计制造的复杂性，模块化的设计思想被运用到机器人设计制造中。很多厂商开始投入到机器人模块部件的制造中，机器人产业也得到了蓬勃发展。要实现真正模块化就要求各种部件的接口要统一，但是由于机器人的部件多种多样，各种部件的功能特性的差异，以及各个机器人厂商遵循的接口标准不统一，使得机器人的模块化受到一定的限制，机器人模块的集成也变得复杂。比如本发明涉及到的机器人，它的三个模块：移动模块、机器手臂模块及视觉模块就分别使用了RS232(由美国电子工业联盟(EIA)制定的串列数据通信的介面标准)串口，PCL(Peripheral Component Interconnect外部设备设连接)接口，1394接口(别名火线接口，是由苹果公司领导的开发联盟开发的一种高速传送接口)来和PC机进行通讯。在进行模块集成时，控制模块的工作就变得非常复杂，需要对三种不同接口的不同协议进行编程，控制程序的开发周期也随之变长。然而硬件的标准化是很难达到最终的统一，因为各种硬件都具有其自身的特点，比如串口比can口的速度要慢，但是对于一些速度要求低的场合就比较实用，成本低，所以串口和can总线在一段时期内都有存在的必要。

因此，非常有必要为机器人模块设计一个统一的控制平台，使机器人各个模块及用户的控制模块通过统一控制接口连接到控制平台，实现模块的集成，这样就可以屏蔽到硬件接口差异带来的控制程序的差异。实现控制接口的统一，接口方便的对采用任何硬件接口的模块的集成。

CORBA(Common Object Request Broker Architecture，公共对象请求代理体系结构)正是提供了这样的统一接口，提供了一种软总线。CORBA是由OMG(Object Management Group，对象管理组织)组织制订的一种标准的面向对象应用程序体系规范。或者说CORBA体系结构是OMG为解决分布式处理环境(DCE)中，硬件和软件系统的互连而提出的一种解决方案。硬件模块可以看成是对象，使用CORBA可以解决接口统一问题。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN101058181，公开日2007年10月24日，专利名称：模块化及标准化组件构成的机器人，公开了一种模块化及标准化组件构成的机器人，该方法需要对硬件进行标准化，但该标准化依据的规范，还没有在行业内形成共识，具有成本等问题，在一定时间内比较难统一规范化。中国专利公开号CN101293539，公开日2007年10月29日，专利名称：模块化便携式移动机器人系统，该方法为每个模块提供标准的网络接口，总线上的各个模块节点与控制单元之间用以太网或者can总线连接，采用标准的通讯协议相互通信。和前一个专利一样，他需要对硬件接口标准化，具有开发成本高的特点，且无法使用非标准化的模块。中国专利公开号CN1440856公开日2003年9月10日，专利名称：INTERNET的网上遥操作机器人对弈的控制系统。该方法提到了可以使用CORBA作为通讯协议来通过NTERNET的网上遥操作机器人对弈的控制系统。该专利只是涉及到机器人模块化的概念。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于CORBA接口的模块化机器人，解决由于机器人模块控制接口的不统一，而导致机器人模块集成复杂度高的问题，将机器人的一个模块看成一个对象，使用基于对象的分布式系统组建方法，为各个模块提供统一的控制接口，从而实现高效的机器人模块集成。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：移动模块，机械手臂模块，视觉传感器模块，电源模块，控制模块，无线网络模块。移动模块上设有一个支架，电源模块、机械手臂模块及视觉传感器模块通过移动模块上的支架与移动模块相互连接。移动模块、机械手臂模块及视觉传感器模块通过各自的接口和一台工控机连接，该工控机放置在移动模块的支架上。控制模块在一台PC机上运行，通过无线网络模块与工控机通讯。其中：

所述电源模块，负责提供其它模块所需各种电压值，同时做电流保护工作；

所述移动模块、机械手臂模块设有符合CORBA接口规范的软件控制接口，可以接入CORBA总线接受控制模块的指令；其中移动模块的控制电路通过RS232和工控机通讯，控制电机系统完成各种移动指令，机械手臂模块的机械手末端的电动夹持器能实现受控的夹持，其控制程序通过PCL总线接口与工控机通讯，控制电机系统完成各种移动指令；

所述视觉传感器模块设有符合CORBA接口规范的软件控制接口，可以接入CORBA总线并向控制模块传输图像；

所述控制模块具有多个CORBA客户端接口，它可以通过CORBA总线从视觉传感器模块获取图像，向移动模块和机械手臂模块发送指令；

所述无线网络模块为CORBA总线提供物理媒介。

所述移动模块包括一个三轮全维的移动平台及其符合CORBA接口规范的软件控制接口，其软件控制接口由两部分组成，下位机控制接口和上位机控制接口。下位机控制接口运行于控制电路中，实现与工控机的通讯和对电机系统的控制，该接口由移动模块一起提供。上位机控制接口是对串口协议，和下位机控制协议的进行了一次封装，同时加入了CORBA接口，提供统一的CORBA服务。该上位机控制接口运行在PC机上，可以接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令。该上位机控制程序是一个CORBA服务端，它提供了运动指令的设定、编码器值的查询服务。

所述机械手臂模块包括一个六自由度的机械手及其符合CORBA接口规范的软件控制接口，其软件控制接口由两部分组成，下位机控制接口和上位机控制接口。下位机控制接口运行与控制电路中，实现与工控机的通讯和对电机系统的控制，该接口由机械手臂模块一起提供。上位机控制接口是对PCL通讯协议，和下位机控制协议的进行了一次封装，同时加入了CORBA接口，提供统一的CORBA服务。该上位机控制接口运行在PC机上，可以接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令。该上位机控制接口是一个CORBA服务端，它提供了以下服务：各种运动指令的设定，手臂位置的查询，手臂初始位置，速度等的设定。

所述视觉传感器模块包括一个1394摄像头及其符合CORBA接口规范的软件控制接口。该模块主要用于进行图像采集。其软件控制接口由基于CORBA的图像采集程序实现。该接口的程序在linux使用通用的UNICAP视频开发库开发，它通过1394接口和工控机连接。该模块通过其软件控制接口提供以下服务：原始图像或压缩图像的传输，摄像头参数的设定，各种处理的图像的传输。

所述电源模块由锂电池和电源管理电路组成。其中锂电池负责供电，电源管理电路负责从锂电池的电压转变出各种电压值供其它模块使用，同时做电流保护工作。

所述控制模块具有多个CORBA客户端接口，用来实现各个模块的协调控制。控制模块中的控制算法用来实现某一功能。CORBA客户端用来从各个机器人模块的CORBA服务端获得控制服务。在程序运行时，控制模块通过运算得到控制指令，然后通过CORBA客户端向相应模块的CORBA服务器发送控制请求及控制指令，从而实现对各个模块的协调控制。

本发明机器人的各个模块通过符合CORBA接口规范的软件控制接口，接入根据CORBA规范建立的软总线，实现机器人的集成。通过这种基于CORBA软总线的机器人模块化方法，使得机器人模块有了统一的软接口，屏蔽了硬件接口不同带来的控制接口编制的复杂性，使得机器人的集成更加方便。同时由于CORBA软总线是基于网络的分布式总线，带有CORBA接口的机器人模块，可以方便的实现基于网络的集成与控制。

附图说明

图1为本发明结构框图

图2为本发明硬件连接示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提出的基于CORBA的机器人模块化设计方法主要体现在为各个机器人模块添加了符合CORBA接口规范的软件控制接口，同时使用CORBA规范以计算机网络为介质，建立起了CORBA软总线。使得各个模块通过其软件接口可以接入到CORBA软总线中，对其它模块提供CORBA服务，简化各个模块集成，降低控制程序编制的复杂度。

如图1-2所示，本实施例所述的一种基于CORBA的模块化机器人，包括以下几个模块：移动模块，机械手臂模块，视觉传感器模块，电源模块，控制模块，无线网络模块。电源模块、机械手臂模块及视觉传感器模块，通过搭建在移动模块上的一个由铝型材支架，与移动模块相互连接。移动模块，机械手臂模块及视觉传感器模块的通过各自的接口和一台工控机连接，该工控机放置在移动铝型材支架上。控制模块在一台PC机上运行，通过无线网络与工控机通讯。无线网络模块，由无线路由器和无线网卡构成。

本实施例中的电源模块，为其它模块提供电源，它通过电源管理电路负责从锂电池的电压转变出各种电压值供其它模块使用，同时做电流保护工作。

本实施例中移动模块，为整个机器人系统提供移动性能。它通过RS232串口与工控机连接。它的软件控制接口根据CORBA规范接入到CORBA软总线中，与其它模块进行通讯。它在CORBA总线上运行了一个移动模块CORBA服务，其它模块可以通过访问该CORBA服务来对移动模块进行操作。移动模块通过该CORBA服务，接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令。移动模块的CORBA服务端，它提供了以下几种服务；运动指令的设定，编码器值的查询。运动指令的设定主要用来设定运动时的速度方向和旋转运动的速度。编码器值查询主要用来获得当前的各个电机编码器值用来对移动模块的真实速度进行计算。

本实施例中的机械手臂模块，为整个机器人提供一个机器手臂抓取功能。它通过PCL接口卡与工控机连接。它的软件控制接口根据CORBA规范接入到CORBA软总线中，与其它模块进行通讯。它在CORBA总线上运行了一个机械手臂CORBA服务，其它模块可以通过访问该CORBA服务来对机械手臂进行操作。机械手臂通过该CORBA服务，接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令。移动模块的CORBA服务端，它提供了以下几种服务；运动指令的设定，编码器值的查询。运动指令的设定主要用来设定运动时的速度方向和旋转运动的速度。编码器值查询主要用来获得当前的各个电机编码器值用来对移动模块的真实速度进行计算。该上位机控制程序运行在PC机上，可以接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令。该上位机控制程序是一个CORBA服务端，它提供了以下几种服务；运动指令的设定，手臂位置的查询，手臂初始位置，速度的设定。运动指令的设定可以设定末端的位置或者设置各个关节的角度。手臂位置的查询用来获得手臂的各个关节的角度。

本实施例中的视觉传感器模块，由一个1394摄像头及其软件控制接口组成。该模块主要用于采集图像。软件控制接口由基于CORBA的图像采集程序实现。该接口在Linux使用通用的UNICAP视频开发库开发，它通过1394和工控机连接，通过CORBA服务接口提供以下服务；传输原始图像，对摄像头参数进行设定，传输压缩后图像，传输经过各种处理的图像。

本实施例中的控制模块具有多个CORBA客户端接口，用来实现各个模块的协调控制。控制模块通过设定控制算法来实现某一功能。CORBA客户端用来从各个机器人模块的CORBA服务端获得控制服务。在程序运行时，控制模块通过运算得到控制指令，然后通过CORBA客户端向相应的模块的CORBA服务器发送控制请求及控制指令，从而实现对各个模块的协调控制。

本实施例中的无线模块，由一个无线路由器和若干无线网卡组成，它建立了无限网络，为CORBA总线提供物理媒介。

本实施例中的机械手臂模块的具有CORBA服务端的上位机控制程序是在OMNIORB(一种面向C++的支持CORBA 2规范的ORB开发软件)+JAVA在LINUX下开发的。其它模块的具有CORBA服务器和客户端的上位机控制程序都是在OMNIORB+JAVA在LINUX下开发的。

CORBA规范实现了一种软总线结构，各个机器人模块加上一个符合CORBA接口规范的软件控制软接口，即可以接入到软总线中，实现机器人的组装，这样可以屏蔽掉硬件接口的差异，降低集成的复杂度，降低控制程序的开发成本。在逐步实现硬件接口的标准化的同时，首先实现软件接口的标准化。同时由于CORBA规范具有分布式网络的特点，可以方便的实现基于网络的机器人控制。

Claims

1、一种基于CORBA接口的模块化机器人，其特征在于包括：移动模块、机械手臂模块、视觉传感器模块、电源模块、控制模块、无线网络模块，所述移动模块上设有一个支架，电源模块、机械手臂模块及视觉传感器模块通过移动模块上的支架与移动模块相互连接，移动模块、机械手臂模块及视觉传感器模块通过各自的接口和一台工控机连接，该工控机设置在移动模块的支架上，控制模块在一台PC机上运行，通过无线网络模块与工控机通讯，其中：

所述移动模块、机械手臂模块设有符合CORBA接口规范的软件控制接口，可以接入CORBA总线接受控制模块的指令，其中移动模块的控制电路通过RS232和工控机通讯，控制电机系统完成各种移动指令，机械手臂模块的机械手末端的电动夹持器能实现受控的夹持，其控制程序通过PCL总线接口与工控机通讯，控制电机系统完成各种移动指令；

所述视觉传感器模块设有符合CORBA接口规范的软件控制接口，能接入CORBA总线并向控制模块传输图像；

所述控制模块具有多个CORBA客户端接口，它能通过CORBA总线从视觉传感器模块获取图像，向移动模块和机械手臂模块发送指令；

所述无线网络模块为CORBA总线提供物理媒介。

2、根据权利要求1所述的基于CORBA接口的模块化机器人，其特征是，所述移动模块包括一个三轮全维的移动平台及其符合CORBA接口规范的软件控制接口，其中软件控制接口由下位机控制接口和上位机控制接口两部分组成，下位机控制接口运行于控制电路中，实现与工控机的通讯和对电机系统的控制，该接口由移动模块一起提供；上位机控制接口是对串口协议，和下位机控制协议的进行了一次封装，同时加入了CORBA接口，提供统一的CORBA服务，该上位机控制接口运行在PC机上，接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令，该上位机控制程序是一个CORBA服务端，它提供了运动指令的设定、编码器值的查询服务。

3、根据权利要求1所述的基于CORBA接口的模块化机器人，其特征是，所述机械手臂模块包括一个六自由度的机械手及其符合CORBA接口规范的软件控制接口，所述软件控制接口由下位机控制接口和上位机控制接口两部分组成，下位机控制接口运行与控制电路中，实现与工控机的通讯和对电机系统的控制，该接口由机械手臂模块一起提供；上位机控制接口是对PCL通讯协议，和下位机控制协议的进行了一次封装，同时加入了CORBA接口，提供统一的CORBA服务，该上位机控制接口运行在PC机上，可以接受CORBA客户端提出的服务请求，然后与下位机控制接口进行通讯，完成对电机系统的控制实现各种移动指令，该上位机控制接口是一个CORBA服务端，它提供了以下服务：各种运动指令的设定，手臂位置的查询，手臂初始位置，速度的设定。

4、根据权利要求1所述的基于CORBA接口的模块化机器人，其特征是，所述视觉传感器模块包括一个1394摄像头及其符合CORBA接口规范的软件控制接口，所述软件控制接口由基于CORBA的图像采集程序实现，该接口的程序在linux使用通用的UNICAP视频开发库开发，它通过1394接口和工控机连接，该模块通过其软件控制接口提供以下服务：原始图像或压缩图像的传输，摄像头参数的设定，各种处理的图像的传输。

5、根据权利要求1所述的基于CORBA接口的模块化机器人，其特征是，所述电源模块由锂电池和电源管理电路组成，其中锂电池负责供电，电源管理电路负责从锂电池的电压转变出各种电压值供其它模块使用，同时做电流保护工作。

6、根据权利要求1所述的基于CORBA接口的模块化机器人，其特征是，所述控制模块具有多个CORBA客户端接口，用来实现各个模块的协调控制，CORBA客户端用来从各个机器人模块的CORBA服务端获得控制服务，在程序运行时，控制模块通过运算得到控制指令，然后通过CORBA客户端向相应模块的CORBA服务器发送控制请求及控制指令，从而实现对各个模块的协调控制。